永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统技术方案

本实用新型专利技术为永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统。本控制系统含数字信号处理控制器DSP、功率驱动模块、安装于PMLSM的动子位移传感器。所述DSP包括CPU，ROM、RAM、PWM和I/O电路。所述ROM含有比例微分计算器、永磁同步直线电机逆模型，为存储计算程序的ROM，所述RAM存储PMLSM的基本参数、相关位移数据的RAM、并含有多分头时延单元的RAM。CPU连接ROM和RAM，CPU经I/O连接PWM、功率驱动模块、PMLSM定子。动子位移传感器的输出信号通过I/O电路接入CPU。本实用新型专利技术用WNN有效地补偿了PMLSM推力波动、摩擦力等干扰以及固定参数模型的误差，跟踪精度可提高2.7倍以上；本控制系统可采用通用硬件实现，便于推广应用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及永磁同步直线电机的智能控制
，具体为一种针对永磁同步直线电机特有的力矩波动非线性干扰采用小波神经网络估计的一种永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统。
技术介绍
与旋转电机相不同，永磁同步直线电机(Permanent Magnet Linear SynchronousMotor,PMLSM)不需要任何中间转换机构，直接将电能转化为机械能，因而具有结构简单、高精度、高速度和低维护等优点，在机器人、半导体制造、高精度数控机床和X-Y驱动设备等领域中有着广阔的应用前景。然而，正是由于其直线结构特点和缺少中间缓冲环节，存在 的各种干扰，如推力波动、摩擦力及不确定干扰等直接作用于PMLSM，使得PMLSM对干扰更为敏感。在使用PMLSM驱动的高精度数控机床中，其干扰会使系统的伺服性能降低，产生振荡，增加能量损耗，导致加工的产品表面出现划痕，甚至使产品报废。因此，与旋转电机相比，PMLSM对干扰抑制质量要求更高，难度也更大。为抑制干扰对PMLSM系统的影响，国内外进行了大量的研究工作。复合前馈比例积分微分PID (Proportional, Integral andDerivative)或F1D控制方法,采用固定参数模型对永磁同步直线电机进行速度、加速度补偿，可显著提高系统的跟踪精度，但该方法的跟踪效果受模型参数估计值影响较大，鲁棒性欠佳，且对干扰也只是进行了间接抑制。神经网络自适应逆模型控制方法，用神经网络构建控制对象逆模型，具有较好的跟踪性和鲁棒性，但该方法主要还是对PMLSM系统进行了速度、加速度补偿，对干扰同样也只是采取了间接抑制方法。自适应前馈控制与PID控制或H)控制相结合的控制方法，通过对误差信号作频谱分析，得出推力波动所包含的主要谐波，在前馈补偿中植入“木马”的方法来减少推力波动对系统影响，具有较好的控制效果，但该方法采用离线方式对误差信号进行傅里叶分析时，只能得到干扰的频域信息，而无任何时域信息，因此仍不能完全地实现对干扰的在线估计与补偿。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统，本系统包括数字信号处理控制器，计算前馈控制与比例微分控制相结合的控制电压，并用小波神经网络在线估计与补偿永磁同步直线电机的推力波动、摩擦力及不确定因素造成的非线性干扰，有效地提高了永磁同步直线电机系统的跟踪性及鲁棒性。考虑到干扰的存在，永磁同步直线电机的电压模型，即直线电机的输入电压及动力学方程表示如下i!(n = KiMn+mn+^c^f-(11 dt ，f (t) =Kfi (t)(2)/(f) = Mx+ fr(x) + ff(x) + fA，13)式中U(t)是永磁同步直线电机的输入电压，该电压控制电机的运动，也称为电机的控制电压；i⑴是永磁同步直线电机电枢电流；x、i与i分别为永磁同步直线电机动子的位移、速度和加速度；ke是永磁同步直线电机的反电动势常数；R是永磁同步直线电机定子绕组电阻；L是永磁同步直线电机的电感；kf是永磁同步直线电机的电磁推力系数；M是永磁同步直线电机动子质量； fr(x)是永磁同步直线电机的推力波动；//(·*)是永磁同步直线电机的摩擦力；f.是永磁同步直线电机的不确定扰动，如模型误差、参数扰动和系统噪音等所造成的永磁同步直线电机的扰动干扰。所述推力波动由端部效应、齿槽效应、初级电流和反电动势存在的高次谐波、气隙磁密波形非正弦性所造成，f；(x)是与动子位移X有关的周期性波动函数，其模型为 OOfr (x) = Σ ^η(ω }χ + φ,) ,(4) I = I(4)式中ali为推力波动的幅值，Ol1为以动子位移为变量的角速度來为相位角；所述摩擦力//(勾的模型为ff(x) = [fc+(fm ~fc)e-(x^>2 +frx]sm(x)(5)(5)式中，f；为静态摩擦力，f。为库仑摩擦力，fv为粘滞摩擦系数,夫为润滑常系数。式⑴中，相对于电阻R值，电感L值很小，从工程应用的角度，可以忽略式(I)的最后一项。由式⑴与⑵得fit) = KAD = Kf ((/(/)- KcX)/ R，(6)由式(3)与式(6)得Kr(U(Z)-KcX)/R = Mx+fAX) +ff(x)^-fA，(7)于是得永磁同步直线电机的简化动力学方程为K KIIIKX =--X--f (x)--f Λ X)--/λ H--O(J)，(8)RM ΛΓ M ' Μ ' RMν ^令a=KfKe/(RM)，b=Kf/(RM)，.7 取(X)/尽(估计推力波动 fr(x)对应的干扰)，If(X)-WfixVKf (摩擦力/,(i)对应的干扰)，I =Wa /Kf (不确定性干扰fΔ对应的干扰)，m=m -1 (a-) - Z (X) - Ja ^ij(8)改写为bu{t)=x-rak,(9)对式(9)进行拉普拉斯变换，得到永磁同步直线电机的传递函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统，其特征在于：包括与永磁同步直线电机相连接的数字信号处理控制器、功率驱动器、动子位移传感器，所述数字信号处理控制器包括中央处理单元、程序存储模块、数据存储模块、脉宽调制模块和数据输入输出电路；所述程序存储模块为存储有比例微分计算器、永磁同步直线电机逆模型、固定参数补偿电压值计算式还有小波神经网络的学习计算程序的程序存储模块；所述数据存储模块为存储永磁同步直线电机的基本参数、动子位移传感器所测得的动子实际位移、中心处理单元计算所得的动子目标位移、动子实际位移和目标位移的偏差ek+1(t)的数据存储模块；中心处理单元连接程序存储模块和数据存储模块，中心处理单元经数据输入输出电路连接脉宽调制模块，脉宽调制模块连接功率驱动器，功率驱动器连接永磁同步直线电机定子；动子位移传感器安装于永磁同步直线电机，动子位移传感器的输出信号线经数据输入输出电路接入中心处理单元，再存入数据存储模块。FDA00001752423900011.jpg

【技术特征摘要】
1.永磁同步直线电机非线性干扰的控制系统，其特征在于 包括与永磁同步直线电机相连接的数字信号处理控制器、功率驱动器、动子位移传感器，所述数字信号处理控制器包括中央处理单元、程序存储模块、数据存储模块、脉宽调制模块和数据输入输出电路；所述程序存储模块为存储有比例微分计算器、永磁同步直线电机逆模型、固定参数补偿电压值计算式= OX /b + Xi /b、还有小波神经网络的学习计算程序的程序存储模块；所述数据存储模块为存储永磁同步直线电机的基本参数、动子位移传感器所测得的动子实际位移、中心处理单元计算所得的动子目标位移、动子实际位移和目标位移的偏差ek+1 (t)的数据存储模块；中心处理单元连接程序存储模块和数据存储模块，中心处理单元经数据输入输出电路连接脉宽调制模块，脉宽调制模块连接功率驱动器，功...

【专利技术属性】
技术研发人员：党选举，赵龙阳，徐小平，许勇，姜辉，张向文，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：